甘蔗多酚提取工藝在食品工業(yè)中的應(yīng)用

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摘要：多酚是植物體內(nèi)一種多元酚類次生代謝產(chǎn)物。研究表明：甘蔗中富含多酚類物質(zhì)，是主要活性成分之一，具有抗氧化、抑菌、防腐保鮮等多種生理功能。文章重點(diǎn)綜述了甘蔗多酚類物質(zhì)的提取方法，并對甘蔗多酚類化合物的生物活性進(jìn)行了概述。當(dāng)前，人們對天然植物活性成分的關(guān)注與日俱增，對甘蔗多酚類物質(zhì)進(jìn)行了研究，不僅可深化人們對甘蔗功能價(jià)值的認(rèn)識，也可為甘蔗副產(chǎn)物的合理開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：甘蔗多酚；提??；應(yīng)用；研究進(jìn)展

1甘蔗多酚的提取方法

由于植物多酚在各行各業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，因此對植物多酚提取方法的研究也越來越多。目前甘蔗多酚的提取方法主要有：溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、生物酶解提取法及閃氏提取法等，采用不同的提取技術(shù)，充分利用甘蔗多酚類物質(zhì)，為多酚植物新資源的開發(fā)提供了科學(xué)參考。

1．1有機(jī)溶劑提取法

多酚在植物體內(nèi)通常以氫鍵和疏水鍵形式將蛋白質(zhì)、多糖結(jié)合，形成穩(wěn)定的分子復(fù)合物［6］，因此溶劑必須具有氫鍵斷裂的作用才能提取出多酚化合物。有機(jī)溶劑提取法的優(yōu)點(diǎn)是提取率相對較高、反應(yīng)時(shí)間短，但缺點(diǎn)是有機(jī)溶劑消耗量大、成本高、回收困難，部分有機(jī)溶劑屬于有毒易燃物，使得生產(chǎn)操作過程存在很大的安全隱患，導(dǎo)致環(huán)境受到污染。孫曉雪［7］利用乙醇溶劑浸提法提取甘蔗梢多酚，通過正交試驗(yàn)確定最佳提取工藝后，甘蔗梢多酚提取量為1．85mg／g。趙毅［8］利用響應(yīng)面模型對影響甘蔗多酚含量的關(guān)鍵因子及其相互作用進(jìn)行了探討，優(yōu)化得到甘蔗多酚浸提工藝的最佳條件，多酚提取量達(dá)2．853mg／g。Juliana等［9］探究了乙醇提取甘蔗梢多酚的最佳工藝條件，并對甘蔗梢多酚的含量及抗氧化活性進(jìn)行了分析。閆懷鋒等［10］采用溶劑提取法提取甘蔗皮中的花色苷，最佳提取條件為：提取劑組成（甲醇∶丙酮∶水為2∶2∶1，pH1．0），料液比1∶10（g／mL），提取時(shí)間120min，提取溫度20℃。在此條件下，花色苷總含量為（125．01±1．77）mg／100gDW（甘蔗皮干重）。

1．2超聲波提取法

超聲波提取的原理是利用超過20kHz的聲波頻率，通過超聲波輻射壓力產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)、氣蝕和熱效應(yīng)加速溶解物質(zhì)的擴(kuò)散，使植物細(xì)胞收縮、溶解并釋放出胞內(nèi)產(chǎn)物，從而有效提高化合物提取產(chǎn)率和含量的方法。該法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度不高，從而使得所提取物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)得到很好的保護(hù)。但是其缺點(diǎn)是產(chǎn)品純度低，有時(shí)提取時(shí)間長，對環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。閻欲曉等［11］采用超聲波輔助提取甘蔗葉多酚，在超聲時(shí)間45min、固液比1∶30、水浴溫度60℃、超聲功率104W、乙醇濃度45％條件下，得到多酚含量為11．34mg／g。陳純［12］利用超聲波法從甘蔗皮中提取多酚，控制超聲波溫度62℃，超聲波時(shí)間31min，提取率平均為0．867％。SiminF等［13］研究了使用響應(yīng)面法的超聲輔助提取技術(shù)的快速提取方法，在溶劑濃度為0．52mL／mL，固液比為14．46（mL／g），超聲波溫度為61．54℃，萃取時(shí)間為31．30min時(shí)，多酚物質(zhì)提取率達(dá)8．67g／100g。何雪梅等［14］利用超聲波提取甘蔗梢多酚的工藝，甘蔗梢多酚物質(zhì)提取量達(dá)4．649mg／g。超聲輔助提取法操作簡單，耗時(shí)短，多酚得率高于傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑法。

1．3微波輔助提取法

微波輔助提取法的主要原理是利用強(qiáng)能量的微波輻射被提取物，使其細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)，特別是極性物質(zhì)能夠吸收微波能而產(chǎn)生熱量，使細(xì)胞內(nèi)溫度在上升的過程中使得液態(tài)水分子發(fā)生汽化現(xiàn)象，產(chǎn)生強(qiáng)壓力，細(xì)胞膜與細(xì)胞壁被沖破而形成裂紋或者孔洞，使得作為提取溶劑的去離子水或有機(jī)溶劑能夠充分進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，將細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)溶解出來，達(dá)到微波法提取的目的。其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了反應(yīng)時(shí)間，降低了有機(jī)溶劑用量，提高了提取率，但缺點(diǎn)是微波處理中強(qiáng)能量的微波有可能破壞提取物的分子結(jié)構(gòu)。蘇杏嚴(yán)等［15］利用微波輔助提取蔗梢中的黃酮類多酚，其提取率達(dá)0．255％；唐政等［16］為了優(yōu)化提取工藝，研究了微波輔助提取甘蔗皮色素工藝參數(shù)組合。在微波功率250W，微波時(shí)間60s，料液比1∶30下，甘蔗色素的提取效果最好，以上均可為工廠大量生產(chǎn)提供參考。

1．4生物酶法

植物細(xì)胞壁的主要組成成分是纖維素、半纖維素與果膠，生物酶在反應(yīng)效果上具有高度的專一性，可以選擇合適的酶對植物細(xì)胞壁進(jìn)行水解，破壞植物細(xì)胞壁的活性結(jié)構(gòu)，從而使得細(xì)胞內(nèi)的有效活性成分能夠被很好溶解在溶劑中，達(dá)到生物酶解法提取的目的。與其他提取方法相比，該法的優(yōu)點(diǎn)是酶的反應(yīng)條件溫和，溫度與pH都較適中，從而有效成分的活性結(jié)構(gòu)不易破壞，得到的提取產(chǎn)物在穩(wěn)定性、純度等方面都較高。在非有機(jī)溶劑條件下進(jìn)行提取，解決了其他提取法有機(jī)溶劑用量大以及回收困難等問題，在一定程度上具有很好的提取優(yōu)勢。同時(shí)，提取效率高、投資成本低、能耗低、反應(yīng)時(shí)間短，是植物多酚提取的有效方法，具有較大的應(yīng)用前景，近年來已被廣泛應(yīng)用于植物多酚物質(zhì)的提取。張思原等［17］用復(fù)合酶法提取甘蔗梢多酚，確定最佳提取工藝條件為：復(fù)合酶用量在1．682水平（1．6％）、pH在0水平（5．0）、提取溫度在1水平（56℃）、提取時(shí)間在－1．682水平（30min），此時(shí)甘蔗梢多酚提取量為4．86mg／g。

1．5閃式提取法

閃式提取法是基于組織破碎提取的原理，使用適當(dāng)?shù)娜軇┰陂W式提取器中快速將物料破碎至適當(dāng)粒徑大小，同時(shí)具有高速混合、超強(qiáng)振動(dòng)、負(fù)壓滲濾等功能來達(dá)到提取目的，這是一種高效、節(jié)能的新型提取技術(shù)。單次提取時(shí)間短，可在幾秒或數(shù)分鐘內(nèi)完成，其提取速度是傳統(tǒng)方法的百倍以上，閃式提取由此而來。閃式提取方法集方便、高效、節(jié)能且無需熱源等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)。原花青素是天然多酚類物質(zhì)的一種，有對熱敏感的特點(diǎn)，因此利用閃式提取法可進(jìn)行高效提取。金小燕等［18］在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上利用正交試驗(yàn)法確定閃式提取甘蔗皮原花青素的最優(yōu)提取工藝參數(shù)。閃式提取法為提取甘蔗多酚類物質(zhì)提供了一種新方法，同時(shí)也為其他天然產(chǎn)物有效成分的提取提供了可靠的借鑒方法。

2甘蔗多酚在食品中的應(yīng)用

多酚類化合物是自然界中廣泛存在的一種化合物，具有C6－C3－C6骨架結(jié)構(gòu)，同時(shí)在苯環(huán)上還具有2個(gè)以上的羥基，屬于水溶性色素，包括花青素、類黃酮色素、兒茶素和單寧等［19］。多酚類物質(zhì)是一類具有獨(dú)特生理活性的天然產(chǎn)物，在食品抗氧化、保鮮、著色及護(hù)色等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

2．1在油脂中的抗氧化作用

近年來，植物多酚類化合物良好的抗氧化性備受矚目，具有減少、消除自由基的作用。閻欲曉和吳國燕發(fā)現(xiàn)甘蔗葉中的多酚化合物提取液對羥自由基、超氧陰離子自由基均有較好的清除作用；區(qū)惠敏等［20］研究甘蔗渣多酚提取物對超氧自由基的清除作用要強(qiáng)于VC；陳純發(fā)現(xiàn)甘蔗皮多酚具有DPPH自由基清除能力和還原力等。在油脂抗氧化中，胡曉波等［21］發(fā)現(xiàn)甘蔗皮中多酚類物質(zhì)在油脂中具有一定的抗氧化能力，在豬油中的抗氧化能力強(qiáng)于在豆油中的抗氧化能力；陳剛［22］研究了甘蔗糖品多酚提取物能夠有效抑制卵黃磷脂氧化、大豆油過氧化和鐵還原抗氧化能力。李春海等［23］研究發(fā)現(xiàn)在花生油內(nèi)添加多酚，當(dāng)添加量為0．4～0．5g／kg時(shí)，抗氧化效果最好。孫曉雪研究發(fā)現(xiàn)將添加量為0．4g／kg的甘蔗梢多酚應(yīng)用于植物油抗氧化時(shí)，效果最佳，且將甘蔗梢多酚與2種具有抗氧化性的VC，VE進(jìn)行復(fù)配，多酚類物質(zhì)也較單一的VE，VC強(qiáng)，由此多種抗氧化劑同時(shí)存在時(shí)還具有協(xié)同抗氧化效應(yīng)。

2．2在肉制品貯藏保鮮中的應(yīng)用

因?yàn)槎喾N多酚可以抑制微生物的生長，起到抑菌效果，所以，在食品保鮮中有很好的應(yīng)用，具有很好的防腐效果，能夠防止食品變質(zhì)，從而可以延長食品的貨架存放期［24，25］。如針對冷切肉的保藏和保鮮，甘蔗梢多酚表現(xiàn)也較突出，能夠防止食品變質(zhì)，從而可以增加食品的貨架存放期。

2．3在食品、調(diào)味品中的應(yīng)用

2．3．1著色劑

將食品著色的食用色素，能增加菜肴的色值，促進(jìn)食欲。它不僅廣泛應(yīng)用于飲料、酒類、糕點(diǎn)、果醬等食品中，改善食品外觀品質(zhì)，還可應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品中來滿足人們不同方面的需要。甘蔗皮富含花青素等自然色素，資源豐富，適宜食用，穩(wěn)定性較好，為優(yōu)良的食用色素，故可在大多數(shù)食品中作為著色劑使用［26］。在胡蘿卜汁中加入甘蔗梢多酚，可以對胡蘿卜汁起到護(hù)色、保鮮作用。而且花色甙類色素屬于黃酮類，長期食用對人體健康十分有益。

2．3．2調(diào)味料

咖喱粉主要材料包括姜黃粉，姜黃粉中含有一種多酚———姜黃素，它有防止肝損傷，預(yù)防老年癡呆及抗炎癥的特質(zhì)［27］。在醬油產(chǎn)品上，多酚物質(zhì)也有著重要作用。丁培峰［28］將納他霉素和茶多酚復(fù)配使用后用作醬油中的防腐劑，與山梨酸鉀具有等同的防腐效果，可達(dá)到醬油的國家標(biāo)準(zhǔn)，但安全性大大提升。而且多酚具有一定的保健功效，對人體健康十分有利，可提高醬油的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能。在甘蔗制糖工業(yè)，糖蜜酒精廢液中的大量色素，其中由原來甘蔗中的酚類物質(zhì)在多酚氧化酶和鐵離子的作用下生成的深色的酚類色素具有強(qiáng)抗氧化活性［29］，也常用作醬油的天然食品色素。除了以上在食品生產(chǎn)方面的生物活性外，甘蔗多酚還有許多其他功能。有研究報(bào)道，植物多酚能夠抑制食源性致病菌生長，有抗菌作用。還能以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的方式達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長的目的［30］，最終使得細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，由此發(fā)揮出抗腫瘤作用。周惠芳［31］研究顯示甘蔗皮黃酮物質(zhì)對阪崎腸桿菌、大腸桿菌、單增李斯特菌和金黃色葡萄球菌4種致病菌均有一定的抑制活性，且抑菌圈大小隨濃度升高而增大，從而產(chǎn)生抗菌效果。侯小濤［32］利用二甲苯致小鼠耳廓腫脹模型和小鼠棉球肉芽腫增生模型，采用甘蔗葉總黃酮進(jìn)行干預(yù)，結(jié)果表明甘蔗葉總黃酮對小鼠棉球肉芽腫有明顯的抑制作用。何雪梅等［33］從蔗梢多酚提取物中分離出的8種多酚化合物均能表現(xiàn)出較好的抗腫瘤活性。

3總結(jié)

大量的實(shí)驗(yàn)研究證明：甘蔗富含多酚類物質(zhì)，尤其是在甘蔗梢、甘蔗皮、甘蔗葉部分，多酚含量較高，但這一部分物質(zhì)作為甘蔗的主要副產(chǎn)物，用作動(dòng)物飼料或者燃料，甚至將其廢棄，因此，對其多酚物質(zhì)的研究也是一項(xiàng)重要工作。目前為止，國內(nèi)外許多學(xué)者在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)Ω收岫喾舆M(jìn)行了基礎(chǔ)的應(yīng)用研究，也獲得一些成效，隨著我國甘蔗產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，研究甘蔗多酚類物質(zhì)的提取、鑒定和生物活性，用于清除人類體內(nèi)過量的自由基，有助于維持抗氧化狀態(tài)和防止自由基損害，特別是針對甘蔗廢棄物中的多酚類物質(zhì)的開發(fā)利用有更大的價(jià)值。但目前，針對甘蔗多酚的組成成分、分子結(jié)構(gòu)及與其藥效之間的相關(guān)性的研究比較少，其應(yīng)用也多涉及臨床保健，食品方面中的應(yīng)用較少。應(yīng)不斷開發(fā)甘蔗多酚類物質(zhì)在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高食品的安全性，為甘蔗產(chǎn)品的深度開發(fā)和應(yīng)用提供廣闊的市場。

參考文獻(xiàn)：

［1］吳棉國，林彥銓．大力推進(jìn)甘蔗標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)的對策及建議［J］．中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（1）：456－460．

［2］張清安，范學(xué)輝．多酚類物質(zhì)抗氧化活性評價(jià)方法研究進(jìn)展［J］．食品與發(fā)酵工業(yè)，2011，37（11）：169－172．

作者：杜瑜欣 李玉銘 高焌茹 周永升 張思原 單位：廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院 廣西科技師范學(xué)院